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Codierung von Information

Messkurven an fünf Stellen eines Neurons und Zuckungen eines Muskels — auswerten, wie Information auf dem Weg vom Dendriten bis zur Muskelfaser umgeschrieben wird.

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Ein Signal auf dem Weg durch zwei Neuronen

AFB I–II

An zwei hintereinandergeschalteten Neuronen wird das Membranpotenzial an fünf Stellen gleichzeitig gemessen (M1). Neuron A wird über viele Synapsen an seinen Dendriten 40 ms lang einmal schwach und einmal stark erregt. M2 zeigt die Messkurven.

M1Messstellen an zwei hintereinandergeschalteten Neuronen
Neuron ANeuron B12345Axon (Länge etwa 30 cm)
Neuron A ist über eine cholinerge Synapse mit Neuron B verbunden.
M2Membranpotenziale an den Messstellen 1–5 (vereinfacht, Modellwerte)
schwaches Signalstarkes Signal1um 28 mVum 40 mV−702um 24 mVum 34 mV−703−704−705um 4 mVum 10 mV−700 bis 50 ms0 bis 50 ms
Das Signal wirkt jeweils von 5 bis 45 ms. Stellen 1, 2 und 5: Angabe der größten Depolarisation über dem Ruhepotenzial (−70 mV); Stellen 3 und 4: APs bis +30 mV. An Stelle 2 wurde die Messung so gefiltert, dass nur die langsame Depolarisation ohne die APs erscheint.
  1. Beschreiben Sie die Messkurven der Stellen 1, 3 und 5 für das schwache und das starke Signal (M2).
  2. Erläutern Sie an den Messungen, welche Form der Codierung an welcher Stelle vorliegt.
  3. Erklären Sie, wie an Stelle 2 und zwischen den Stellen 4 und 5 die Information jeweils umcodiert wird.
  4. Die Kurven an Stelle 3 und Stelle 4 liegen rund 30 cm auseinander und sind trotzdem gleich. Begründen Sie, warum die Information über diese Strecke als AP-Frequenz und nicht als Amplitude übertragen wird.

Hinweise

Hinweis zu Aufgabe a)
Unterscheiden Sie Kurven mit einer glatten Erhebung von Kurven mit einzelnen Spitzen.
Hinweis zu Aufgabe b)
Achten Sie darauf, was sich zwischen schwach und stark ändert: die Höhe oder die Anzahl?
Hinweis zu Aufgabe c)
Denken Sie an den Schwellenwert am Axonhügel und an die Ca²⁺-Kanäle im Endknöpfchen.
Hinweis zu Aufgabe d)
Was geschieht mit einem abgestuften Potenzial über weite Strecken, was mit einem AP?Begründen: Sachverhalte auf Regeln, Gesetzmäßigkeiten bzw. kausale Zusammenhänge zurückführen und mit Argumenten stützen.